地球上最大和最小性細胞:小得難以置信 大得令人驚奇

海星卵細胞上的精子

不同動物的卵大小各有不同

據國外媒體報道，自然界中，精子和卵子既可以小得令人難以置信——比人類產生的還要小很多，也可以大得令人驚奇。

精子是人體最小的細胞，也是最複雜的細胞之一，而卵子是人體最大的細胞，具有同樣驚人的複雜程度。讓我們把目光放到自然界中，各種生物的性細胞——又稱配子（gamete）——呈現出令人驚嘆的多樣性。

大部分生物具有兩種配子，我們以雄性和雌性來區分。「配子具有兩個基礎功能：攜帶營養物質以養育結合后產生的後代，以及尋找相同物種的配子並與之融合。要完成好這兩個工作並不容易，因為二者在體積-數量的權衡上有著截然不同的要求，」英國東安格利亞大學的馬修·蓋奇（Matthew Gage）解釋道，「一個最優解是產生能使後代存活率達到最大的配子，因此演化出了體積較大，營養物質豐富的配子，我們稱之為卵子，由雌性產生。另一個最優解是產生能使結合概率達到最大的配子，因此演化出了數量龐大的配子，我們稱之為精子，由雄性產生。」

在這方面的研究中，精細胞為何呈現出異常多樣的形狀和體型是非常受關注的問題。你或許會以為體型較小的生物應該具有較小的精細胞，但情況並非總是如此。事實上，目前已知最長的精子是由一種果蠅產生的。

雄性二裂果蠅（學名：Drosophila bifurca ）的精子就像一個線團。科學家把它們的精細胞展開之後進行測量，發現其長度居然接近6厘米——比該物種雄性個體的長度還長20倍。在2016年發表的一篇論文中，研究人員認為這種「巨型精子」相當於細胞水平上的孔雀尾羽。換句話說，之所以演化成這樣，是因為雌性果蠅更青睞長度較長的精子。

不過，更大往往不等於更好。世界上已知最短的精子屬於一種寄生蜂——集盤絨繭蜂（學名：Cotesia congregata），長度不到7微米。

英國謝菲爾德大學的朗達·斯努克（Rhonda Snook）表示，目前關於精子體積的極端多樣性有好幾種解釋。她的研究顯示，自然選擇的作用使最成功的精子形狀和體積保留了下來。儘管不同長度的精子都有可能受到青睞，但這一切都關乎競爭和選擇。

當雌性與多個雄性交配時，精細胞之間必須展開競爭，因為只有最健康的精子才能擊敗對手，使卵子受精。這種壓力會促使無數種適應特徵出現，包括二裂果蠅精子的長尾巴。另一個競爭非常激烈的例子是潮蟲，它們的精子會形成協同工作的「鏈條」。一些蠅類和甲蟲的精液還會對競爭對手的精子產生毒害作用。

雄性動物最經常使用的一種策略是「交配塞」（mating plug），可以防止其他雄性進入雌性的生殖道。使用交配塞的動物包括蜘蛛、熊峰、松鼠，甚至還有一些靈長類。

有些動物的精子要比我們想象的大得多

然而，在繁殖遊戲中，每一個雄性都必須做出取捨，或者是選擇數量優勢，製造出大量體積微小的精子，或者是把所有的精力投注到少量較強的精子中。最佳選擇取決於幾個因素，包括精子遊動的距離，以及雄性在通過舞蹈、歌唱或豐富多彩的顏色（比如山魈）吸引到雌性之後所剩餘的能量。

此外，2015年的一項研究還顯示，越大的哺乳動物產生的精子體積越小，因為雌性的生殖道更大。或許你可以從另一個角度來看待這一現象：場地越大，所需要的運動員就應該越多。

我們還必須考慮另一種可能：雌性會做出隱秘的選擇——某些物種的雌性具有選擇利用哪些精子來受精的能力。突然之間，精細胞的形態多樣性變得不那麼令人驚奇了。「我們不知道是精子間的競爭，還是雌性的隱秘選擇，促成了精子形態的分化，」斯努克說，「但是，正如大多數科學問題那樣，這很可能是許多選擇壓力共同作用的結果。」

雌性的性細胞也同樣複雜。

剛孵出的鴕鳥雛鳥

現生動物中，鴕鳥的卵是最大的。鴕鳥蛋通常有15厘米高，13厘米寬，重量是雞蛋的20倍。相比之下，最小的鳥蛋屬於吸蜜蜂鳥（學名：Mellisuga helenae），只有不到7毫米大小，跟一顆豌豆差不多。

英國謝菲爾德大學的蒂姆·伯克黑德（Tim Birkhead ）是《最完美之物：鳥蛋內外》[The Most Perfect Thing： The inside （and outside） of a bird『s egg]一書的作者，他表示，鳥蛋的大小與鳥的體型大致呈正比，但還是有少數值得注意的例外。

「渡鴉（學名：Corvus corax）和崖海鴉（學名：Uria aalge）的體型差不多，重量都在1千克左右，」伯克黑德說，「但是，渡鴉蛋的重量只有雌性體重的3%，而崖海鴉的蛋可以佔到雌性體重的12%左右。」

伯克黑德稱，決定鳥蛋大小的關鍵因素之一是雛鳥發育的方式。「雛鳥為早成鳥——新孵出來時已經發育得很好——的物種通常會產下相對較大的卵，比如渡鴉和崖海鴉的例子，」伯克黑德說道。

這一現象令人困惑，而我們在使用「卵」這個詞的時候也有點矛盾。在英文中，「卵」和「蛋」都是「egg」。當你將鳥蛋與人的卵子進行比較時，這一點尤其明顯。卵子的直徑只有0.12毫米，而雞蛋可以有55毫米長。問題在於，雞蛋中不僅有卵細胞，它裡面還有許多其他東西。

人類的卵母細胞

人類女性在子宮裡孕育後代，而產卵動物則必須為幼體提供足夠的營養物質，使它們在母親體外進行發育。為了達到這一目的，這些動物生成了一個結構——被有點混淆地稱為「卵」——為幼體提供食物、水和保護。動物界的許多成員都採用了這種方式，包括鳥類、昆蟲和魚類。

我們可以定位出雞蛋里發育成胚胎的部分，但該部分如果沒有與營養物質和蛋殼連接在一起，它就無法進行發育。按照這一說法，鴕鳥蛋仍然可以稱得上是世界上最大的卵細胞。

伯克黑德表示，這又是一種演化上促使卵細胞體積分化的權衡。對於某些物種，數量較少、體積更大的卵可以帶來最大的收益，而其他物種則會更傾向於數量取勝。

佛羅里達大學的昆蟲學家在1994年發表的一篇綜述中指出，通常而言，在其他微小動物體內產卵的寄生蟲具有最小的卵。不過，與這些顯微水平上的卵有關的數據很難找到。根據這篇綜述，一種名為黑袍卷鬚寄蠅（學名：Clemelis pullata）的寄生蠅的卵是目前已知最小的，長0.027毫米，寬0.02毫米。

不過，目前還沒有人對纓小蜂科物種的性細胞進行研究。纓小蜂是世界上最小的昆蟲類群之一，長度只有0.5到1毫米，或許它們的卵才是最小的。

文章源自新浪科技